基于灰色關(guān)聯(lián)分析對裝配式施工安全風(fēng)險予以評估

趙沐嘉

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

裝配式建筑是通過更可靠的連接方式由工廠提前預(yù)制并將其運(yùn)送至施工地點進(jìn)行組裝形成建筑的一種建筑方式，其優(yōu)勢是工程質(zhì)量更佳，施工周期更短，能在一定程度上達(dá)到節(jié)能環(huán)保的施工效果。但裝配式建筑在我國發(fā)展時間較短，施工技術(shù)尚不成熟，相關(guān)安全管理措施配置不完善，流程管理制度不到位，因此存在一定的施工安全問題。為保障裝配式建筑施工作業(yè)安全，可在建筑施工階段進(jìn)行安全評價。

在多維作業(yè)空間并行施工時，裝配式建筑易導(dǎo)致多種信息復(fù)雜交錯，具有模糊性，因此可將其作為多級模糊綜合評價問題。目前，國內(nèi)外學(xué)者對裝配式建筑施工安全評價問題進(jìn)行了大量研究。Joel等[1]利用精益管理工具，對施工人員進(jìn)行了施工過程影響性分析；Fard等[2]通過調(diào)查美國125起配式建筑安全事故，發(fā)現(xiàn)最主要的事故原因是建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；李文龍等[3]以熵權(quán)法-未確知測度理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建了裝配式建筑施工安全評價模型；閆帥平等[4]為解決指標(biāo)不確定性影響，洞察指標(biāo)信息問題，采用ICUOWGA-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全評價，為提高裝配式建筑施工安全性提出了有效思路；常春光等[5]將G1-物元分析法引入安全評價體系，通過指標(biāo)與等級的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行評價；付杰[6]利用反演分析得出關(guān)鍵影響因素，以灰色聚類分析測評安全性。盡管現(xiàn)有研究提供了安全評價依據(jù)，但仍存在局限性，如物元分析法不能遍歷數(shù)據(jù)組合時，易出現(xiàn)評估結(jié)果與實際不符的情況，而RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為保證結(jié)果穩(wěn)定，需要大量樣本等。

為探究影響裝配式建筑施工的因素，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析[7]，通過變化模型中參數(shù)組合確定評估對象安全等級，降低評價方法的主觀臆斷性，保證結(jié)果的穩(wěn)定，為安全管理提供了思路。

1 層次分析法

系統(tǒng)工程中，層次分析法是定量分析非量化問題的一種常用手段，在處理分析目標(biāo)數(shù)量較多、準(zhǔn)則數(shù)量較多的復(fù)雜問題時有非常好的效果。

通過專家咨詢，比較分析確定指標(biāo)的重要性，得到評價指標(biāo)之間的相對重要程度，從而構(gòu)建判斷矩陣；根據(jù)指標(biāo)的相對重要程度的比較，得出判斷矩陣Zij=(aij)n×m。

1.1 權(quán)重求解

為保證計算結(jié)果的穩(wěn)健性，通過算數(shù)平均數(shù)、幾何平均數(shù)法和特征值法分別求出3個權(quán)重，并取平均值求出權(quán)重。

根據(jù)算數(shù)平均法求得的權(quán)重向量為：

1.2 一致性檢驗

為建立優(yōu)秀的數(shù)據(jù)判斷矩陣，需采用比較法系統(tǒng)分析矩陣中各項指標(biāo)數(shù)量之間的差值，從而減少片面性帶來的誤差。在一致性檢驗中，n表示數(shù)據(jù)判斷矩陣的階數(shù)，CR表示一致性比率。其中，一致性比率可由判斷矩陣中的最大特征向量λmax和一致性評價指標(biāo)CI來計算，計算公式如下：

若CR<0.1，說明判斷矩陣的不一致程度在合理范圍內(nèi)，通過一致性檢驗。

經(jīng)過一致性檢驗后，可求得各個指標(biāo)的主觀權(quán)重。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.3.1 歸一化

由于量綱單位不同的數(shù)據(jù)無法直接整合計算，需要對量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以此來消除數(shù)據(jù)量化單位不同帶來的計算誤差。

數(shù)據(jù)的歸一化有很多方法，本研究采用最大最小法進(jìn)行歸一化處理，數(shù)據(jù)歸一化的公式如下所示：

式中，vs是標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)值，v是原始數(shù)值，vmax、vmin表示數(shù)據(jù)集中該屬性的最大和最小值。使用 MATLAB 軟件進(jìn)行歸一化處理。

1.3.2 正向化

指標(biāo)有4種類別，分別為極小型指標(biāo)、極大型指標(biāo)、中間型指標(biāo)及區(qū)間型指標(biāo)，想要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，需對歸一化后的指標(biāo)進(jìn)行正向化，本研究沒有中間型指標(biāo)及區(qū)間型指標(biāo)，只對極小型指標(biāo)進(jìn)行正向化，公式為：max-x。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析大致有3個步驟，分別為確定分析數(shù)列、計算關(guān)聯(lián)系數(shù)、計算帶有權(quán)重的關(guān)聯(lián)度。

步驟1：

確定分析數(shù)列。進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，確定參考序列和比較序列。

設(shè)參考序列，即母序列X0(k)：

X0=[x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(n)]

確定子序列即比較序列，設(shè)子序列Xk(m)：

Xk=[X1(k),…,Xn(k)],k=1,2,…,n

步驟2：

計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。一個參考序列會對應(yīng)多個比較數(shù)據(jù)序列，其中第i個比較數(shù)據(jù)序列和相對應(yīng)的參考序列在第h指標(biāo)上的相對差使用關(guān)聯(lián)系數(shù)ζ0,i(k)來表示：

其中，ρ為分辨系數(shù)，可以看出，分辨系數(shù)ρ與分辨力之間呈負(fù)相關(guān)，ρ的取值范圍為0～1，計算得到ρ<0.546 3時，分辨力最好。本研究中，ρ取0.5。

步驟3：

計算關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度由關(guān)聯(lián)系數(shù)加權(quán)平均得到：

其中，ωk為各指標(biāo)的權(quán)重，ωk為采用層次分析法所得到的權(quán)重，滿足

結(jié)合裝配式評價系統(tǒng)，對上述關(guān)聯(lián)度進(jìn)行多級綜合評價分析，對不同等級的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行比較，通常系統(tǒng)(要素)位于關(guān)聯(lián)度最大值對應(yīng)的安全等級中。

2 實例分析

以甘肅省某安置房項目為例，此試點項目中，1#住宅和2#公租房均采用裝配式建造，主要對1#住宅進(jìn)行裝配式安全評價分析。

2.1 評價指標(biāo)的建立

以《裝配式建筑系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實施指南》(2016SSZN-GJG)為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合評價要求進(jìn)行綜合考慮，對裝配式建筑風(fēng)險評價的實際情況進(jìn)行分析，根據(jù)高層建筑火災(zāi)特點，將安全評價指標(biāo)等級劃分為5級，即V={1 級，2級，3級，4級，5級}={安全，較安全，一般安全，較危險，危險}，分別用Ⅰ～V級表示。以《塔式起重機(jī)安全評估規(guī)程》(GB/T 33080—2016/12)為基準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行評定，標(biāo)準(zhǔn)化后如表1所示。

其中，A11-A44的具體含義如表2所示。

表2 各個指標(biāo)的具體含義Tab.2 Specific meaning of each indicator

2.2 權(quán)重的計算

通過AHP法分別對4個一級指標(biāo)及每個一級指標(biāo)對應(yīng)的二級指標(biāo)進(jìn)行兩個指標(biāo)的評價打分，得到的層次分析法權(quán)重指標(biāo)計算結(jié)果如表3所示。

表3 層次分析法權(quán)重指標(biāo)計算結(jié)果Tab.3 Weight index calculation results of Analytic Hierarchy Process

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)表1確定的風(fēng)險評價指標(biāo)，共有 15個指標(biāo)因素，分為 4個群，采用 2 級關(guān)聯(lián)分析。其中，實測參考序列構(gòu)成的樣本矩陣為：

X=[8.3，5.7，5.4，8.6，81.2，75.9，86.4，72.3，78.1，5.2，79.5，86.5，78.8，73.1，90]

依據(jù)評價等級臨界量數(shù)值列出矩陣Y，依次求出各個等級的母序列及子序列。

得到各因素的關(guān)聯(lián)度和評價等級矩陣如表4所示。

表4 各因素的關(guān)聯(lián)度和評價等級矩陣Tab.4 Correlation degree and evaluation grade matrix of each factor

可以得出結(jié)論，總評價對象處于較安全狀態(tài)。